基于虚拟码的生产线零件可追溯系统与方法

技术领域

本发明涉及生产线零件追溯技术领域，具体涉及基于虚拟码的生产线零件可追溯系统与方法。

背景技术

为了方便后续工艺升级以及追责，需要对工件的加工参数进行记录；将工件加工过程的加工参数与工件绑定，使得在后续工件发生质量问题后可以快速的追踪到加工过程中的各类参数。

但是对于很多的多设备机器人生产线，由于硬件的限制，没有办法在加工工件时实时识别被加工的工件，使得无法将加工参数与工件进行绑定，无法实现工件加工参数的追溯功能。

中国专利申请号：202211319362.8，名称为：应用虚拟码精准追溯产品生产信息的方法、系统及生产线，该专利通过在不同工序生成不同产品码并将不同的信息与不同的产品码绑定，最终通过生成一个虚拟码与产品绑定实现产品的追溯，该发明在每个生成环节上都需要有产品码生成，并且在最后还需要生成一个虚拟码，过程繁琐，且在生成过程中数据绑定的编码不同，对最终实现所有参数的统一绑定增加了很多工作量，整体效率不高。

目前已有的追溯方案还没有实现同时对同一工序的多个不同的编码的进行追踪。基于以上问题，提出了一种基于虚拟码的生产线零件可追溯方法，在基于机器人的运动信号和设备的加工信号的基础上实现了同工序多工件在多个工序流程中对加工参数的追溯功能。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了基于虚拟码的生产线零件可追溯系统与方法，通过工业通讯协议与设备生产线实现建立信息通道，将生产线加工过程中的各类数据发送到实现追溯功能的服务器中，然后基于机器人(机器人用于工件的转移，不对工件进行加工)动作参数实现将虚拟码与被加工工件实时绑定，最终将加工参数与工件一一对应绑定并以文件形式对加工参数进行保存，并在此基础上设计了一个用于管理追溯文件的系统。

本发明的技术方案如下：

基于虚拟码的生产线零件可追溯系统，包括硬件系统及软件系统；

硬件系统包括用于数据存储和处理的服务器、用于数据中转的工控机以及从多个加工设备中获取数据的交换机；

软件系统包括用于从机器人和加工设备中采集数据的软件和通讯协议、用于存储数据的数据库软件MySQL以及用于实现追溯功能的追溯软件。

基于虚拟码的生产线零件可追溯方法，由软件系统和硬件系统配合来实现从生产线中采集到加工设备和机器人的数据，并且能够在软件系统的数据库的对应表格中存储相关的数据，进而实现最终的零件追溯；包括如下步骤：

步骤1)工位号的确定：

首先，按照工序，依次对机器人、加工设备工位进行编号；

步骤2)生产线数据采集：

通过工业协议OPC对机器人和各个加工设备的点位数据进行获取；

步骤3)基于机器人点位数据对虚拟码进行实时更新：

在数据库中创建一张数据库表A，包括{虚拟码，工位号，虚拟码更新时间}，用于记录虚拟码实时更新的信息；

步骤4)将加工设备的加工参数与虚拟码绑定：

在数据库中创建一张数据库表B，包括{数据名，数据值，数据产生时间，对应的虚拟码}，用于记录加工信息与虚拟码对应关系；

步骤5)将工件与虚拟码对应的加工参数进行绑定：

在数据库中创建一张数据库表C，包括{工件编号，虚拟码}，用于记录工件编码与虚拟码对应关系；

上述流程实现并且工件加工结束后，生产线触发加工结束的信号，将工件编号与加工参数通过虚拟码对应的方式进行配对，最后将相应的数据以文件的形式进行保存即可实现加工参数和工件编号绑定。

进一步的，所述步骤1)中编号从1开始递增，且各编号不能重复。

进一步的，所述步骤2)具体如下：

机器人每次抓取或者放置工件时，获取抓取或者放置的工位号以及发生此动作的时间；

加工过程中加工参数以及加工参数对应的工位号以及数据产生的时间。

进一步的，所述步骤3)具体如下：

根据机器人的夹爪从上料线抓取工件时，创建一个虚拟码，通过对机器人的数据采集，获得{抓取的工位号、抓取的时间}；基于以上数据，在表A中的对应工位号的位置录入相关数据；

然后机器人将工件放置到加工设备的工位处，通过对机器人的数据采集，获得{放置的工位号、放置的时间}；基于以上数据，在表中工位号的对应位置录入虚拟码，并将原来表A中虚拟码所在行的重置空。

进一步的，所述步骤4)具体如下：

伴随生产线的加工，获得一张虚拟码与工位号实时更新的表A；与此同时加工设备正在加工，通过对加工设备的数据采集，获得{加工参数，加工的工位号，数据产生的时间}；在得到数据的同时回到表中查找加工的工位号所在行即可得到对应的虚拟码，通过时间判断，得加工参数与虚拟码对应关系，然后将此加工参数记录到表B中；在表B将虚拟码与加工设备的加工参数信息的进行记录。

进一步的，所述步骤5)具体如下：

首先需要将工件的工件编码与虚拟码进行绑定；在不同生产流程中获取工件编码的有两种情况：工件在加工结束后获得工件编码；工件在上料时就可以获得工件编码；

在工件加工结束后打码或者扫描已有的工件编码，获得{工件此时的工件编码，此时的时间}；然后将工件编码和虚拟码进行配对，然后将配对得到的数据录入表C中。

设计思路：

首先工件上料后，我们会对每个工件生产一个虚拟码。

在此流程中同一工序存在多个工件，但是不同工件都会独立获得流程中完整的点位信息，所以不会相互影响。

通过机器人抓取放置工件时产生的点位信息(如工序1到工序n中的1,5动作中产生的点位信息)可以将虚拟码从上个工位中更新到下个工位中，使得虚拟码可以在整个生产流程与工件一起中实时更新，从而实现虚拟码与工件在加工过程中的绑定。

在加工的过程中同时会产生加工参数，基于虚拟码的更新，我们可以把加工过程中的数据与虚拟码绑定在一起。

最后在打码机打码时会为工件刻印上工件码，此时我们可以将虚拟码与工件码绑定，并获取前面加工过程中与虚拟码绑定在一起的加工参数，最后将这些加工参数以文件的方式记录并生成，最后得到追溯文件。

本发明的有益效果如下：

本发明通过机器人点位数据对虚拟码进行实时更新、加工设备的加工参数与虚拟码绑定、工件与虚拟码对应的加工参数进行绑定，最终将加工参数和工件编号绑定，实现工件的有效追溯。

本发明在实施过程中只需产生一个虚拟码，最终通过这一个虚拟码即可实现整个流程的数据与工件绑定，提高了效率。

附图说明

图1为本发明的实施例生产线流程图；

图2为本发明的实施例生产线布置图；

图3为本发明的实施例数据链路图。

具体实施方式

以下结合说明书附图，对本发明作进一步描述。

如图1-3所示，本发明是基于下面的生产线进行设计的，本产线按照加工顺序依次涉及上料线、机器人1、拉床、中转、机器人2、加工中心1、加工中心2、工件吹气清洗装置、全数检测装置、打码装置、下料装置以及两道抽检工序；其中同一个工件不会同时经历加工中心1和加工中心2的加工，即要么在加工中心1中加工，要么就是在加工中心2中加工。

基于虚拟码的生产线零件可追溯系统，使用的服务器为市面上常见的机架式服务器，项目的前端和后端代码都运行在此服务器中，所有数据都保存在此服务器中。

由于服务器与生产线之间的距离较远，而且为了减轻服务器的压力，本系统在产线附近增加了用于运行数据采集软件和将数据中转给服务器的工控机，系统使用的工控机为高配置的PC主机，工控机除了上述的功能外还可以外接屏幕，使用者可以在工控机上查看追溯相关的数据。

由于需要采集数据的生产线设备远多于工控机的接口数量，所以本实施方案中还增加了交换机用于解决工控机接口数量不足的问题。

本实施方案中使用Springboot作为后端框架，使用Vue3作为前端框架。在上述提到的工控机和服务器中都运行后端程序，服务器中还运行有用于可视化展示的前端程序，工控机中的后端程序主要实现通过OPC协议等相关协议采集设备数据并将采集到的数据转发给服务器；服务器的后端程序主要实现以下功能：首先将工控机发送过来的数据经过处理后存入数据库中并实现相应的追溯功能，然后再将数据处理后以HTTP、Websocket接口的形式发送给发送给服务器的前端程序。工控机中的浏览器通过访问服务器前端程序的路径便可以获取到可视化的页面，对追溯软件进行相应的操作。

考虑到后续可能需要对多条生产线进行数据采集和工件追溯，可以在工控机与服务器之间增加一个交换机，通过在交换机上连接多个工控机后再与服务器连接就可以将不同产线中工控机采集到的时候发送给服务器。

基于虚拟码的生产线零件可追溯方法，包括如下步骤：

步骤1：工位号的确定：

首先，按照工序，依次对机器人、加工设备工位进行编号，对工位号有以下要求：

1.1)编号从1开始递增；1.2)各个工位号不能重复；

以图2举例，图中数字代表工位号。

步骤2：生产线数据采集：

通过工业协议(OPC)对机器人和各个加工设备的点位数据进行获取，获得的点位数据如下：

2.1)机器人：机器人每次抓取或者放置工件时，获取抓取或者放置的工位号以及发生此动作的时间；

2.2)加工设备：加工过程中的各类参数，加工参数对应的工位号以及数据产生的时间。

步骤3：基于机器人点位数据对虚拟码进行实时更新：

这里同样以图1的工位号为基础，对虚拟码更新的流程进行一个说明：

首先，在数据库中创建一张数据库表，用于记录虚拟码实时更新的信息，以表(pseudo_station_form)为例，数据库表的结构如表1：

表1：

当机器人1的工位号为1的夹爪从上料线抓取第一个工件时，首先创建一个新虚拟码(新虚拟码要求与旧虚拟码不重复)，例如001，通过对机器人的数据采集，可以获得数据有：例如抓取的工位号位1、抓取的时间为2023/01/0100:00:00；基于以上数据，我们可以在表(pseudo_station_form)中的工位号为1的对应位置录入相关数据，结果如表2。

表2：

然后机器人1将工件放置到拉床的工位3处，此时可以获得的数据有：例如放置的工位号3、放置的时间为2023/01/0100:00:05；基于以上数据，可以在表(pseudo_station_form)中的工位号为3的对应位置录入pseudo_code为001，并将原来表(pseudo_station_form)中process_num为001的所在行的pseudo_code重置空，结果如表3。

表3：

后续工序重复上述操作，便可以在表(pseudo_station_form)将虚拟码与工位号信息的实时关系进行记录和更新。

步骤4：将加工设备的加工参数与虚拟码绑定：

首先，在数据库中创建一张数据库表，用于记录加工信息与虚拟码对应关系，这里以拉床设备为例(不同设备需要创建不同的表，用于记录加工参数和虚拟码的关系)，创建表(broaching_data_trackback_form)，数据库表的结构如表4；

表4：

伴随生产线的加工，可以获得一张虚拟码与工位号实时更新的表(pseudo_station_form)，假设在时间为2023-01-0100:10:08时表内的数据如表5；

表5：

与此同时拉床正在加工，此时可以获得的数据有：例如拉床的拉削力为100N、加工的工位号3、此数据产生的时间2023-01-0100:10:03；在得到数据的同时回到表(pseudo_station_form)中查找process_num等于3所在行即可得到对应的虚拟码为010，通过时间判断2023-01-0100:10:03晚于2023-01-0100:10:00，可得加工参数属于此虚拟码，然后将此加工参数记录到表(broaching_data_trackback_form)中，结果如表6；

表6：

后续拉床重复上述操作，便可以在表(pseudo_station_form)将虚拟码与拉床的加工参数信息的进行记录。

对于其他设备同样执行上述操作，便可以将加工数据和虚拟码对应起来。

步骤4的优化：对于图2中的生产流程来说，在中转台的后续加工中，工件在加工和运输过程中总是四个一组，因此虚拟码的更新可以直接通过每道工序的工位对应关系来确定；对于机器人2来说，搬运工件的程序是确定的，因此只需在确定机器人2的加工程序之后就可以得到工件在加工过程中的具体加工的工位；例如工件1在加工中心1中的加工工位号为23，那么此工件在后续的加工工位只可能是唯一的，例如在全数检测中的工位号为36，在打码机的工位号为40。因此这部分加工过程中工件的虚拟码的更新可以以更加简单的方式实现。

步骤5：将工件与虚拟码对应的加工参数进行绑定：

首先，在数据库中创建一张数据库表，用于记录工件编码与虚拟码对应关系，创建表(partId_pseudoCode_form)，数据库表的结构如表7；

表7

在此步骤中，首先需要将工件的工件编码(工件的物理数字码)与虚拟码进行绑定；在不同生产流程中获取工件编码的主要由两种情况：1、工件在加工结束后获得工件编码；2、工件在上料时就可以获得工件编码。两种情况在绑定过程中实现逻辑相同，这里只讨论第一种情况，在工件加工结束后打码或者扫描已有的工件编码，此时以打码机的工位号40对工件进行打码为例，可以得到的数据有：例如工件此时的工件编码20230101001、获得数据所在的工位号40号以及此时的时间2023/01/0100:10:00；然后与步骤3的操作相同，将工件编码和虚拟码进行配对，然后将配对得到的数据录入表(partId_pseudoCode_form)中，得到的结果如表8；

表8：

上述流程实现并且工件加工结束后，生产线触发加工结束的信号，此时我们只需要将表8中的工件编号与表6(当然还包括其他加工设备)中的加工参数通过虚拟码对应的方式进行配对，最后将相应的数据以文件的形式进行保存即可实现加工参数和工件编号绑定。

上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。